BMS上的穩(wěn)壓二極管的應用場合

最近遇到了穩(wěn)壓二極管漏電流偏大的案例，問題還在持續(xù)分析中，借助這個由頭，總結下穩(wěn)壓二極管方面的基礎知識。

穩(wěn)壓二極管的工作原理

定義：穩(wěn)壓二極管，英文名稱Zener diode，又叫齊納二極管；穩(wěn)壓二極管是二極管中的一種，由硅材料制成，也是一個PN結，但是由于制造工藝不同，當這種PN結處于反向擊穿狀態(tài)時，PN結不會損壞，并且當電流在一定范圍變化時，穩(wěn)壓值幾乎不變；穩(wěn)壓二極管就是利用這種反向擊穿特性。

進一步地，穩(wěn)壓值在4V以下的管子屬于齊納擊穿（可恢復），為負溫度系數；而穩(wěn)壓值在7V以上的管子屬于雪崩擊穿（也可恢復），為正溫度系數；4V～7V之間的穩(wěn)壓管，溫度系數非常小，齊納擊穿與雪崩擊穿可能都存在；穩(wěn)壓管在正向導通時為負溫度系數。（關于電壓劃分的邊界值，說法并不統(tǒng)一，有5V的、有6V的，不過基本都很接近）

下圖為穩(wěn)壓管的伏安曲線，可以分為4個區(qū)域。

正向導通區(qū)域與普通二極管特性相同，PN結正向偏置。

當施加反向電壓在穩(wěn)壓管兩端，電壓VR由0逐漸增大，就進入了截止區(qū)域，這個區(qū)域中穩(wěn)壓管不工作，會存在很小的漏電流IR。

當反向電壓增加到VBR后，穩(wěn)壓管的漏電流開始迅速增大，穩(wěn)壓管開始進入了擊穿區(qū)域；反向電壓達到VZ后，即使大幅度增加反向電流（從IZT到IZM），穩(wěn)壓值卻變化很?。╒Z到VZM），這個就是我們想要的穩(wěn)壓狀態(tài)。

繼續(xù)增大反向電壓超過VZM后，穩(wěn)壓管上面的功率會出現超出最大限制值，進而結溫過高而燒毀。

上面是科普文章中都會介紹的基本原理，在BMS中主要有如下幾個地方應用穩(wěn)壓管。

BMS上面應用穩(wěn)壓管的地方

電壓基準源

例如大家熟悉的ADR504X系列，基本原理就是穩(wěn)壓管擊穿后穩(wěn)壓。

需要注意的是，這里的應用場景需要穩(wěn)壓管持續(xù)工作在擊穿狀態(tài)，而且電壓變化不能很大，以提供一個幾乎恒定的基準電壓，這就要求ADR504X工作在一定的電流區(qū)間內（50uA～15mA），電流太大了會燒毀穩(wěn)壓管；電流太小了電壓值不穩(wěn)定，稍微電流值有點變化，就會導致穩(wěn)壓值跳動；而且還要考慮負載的大小以及外部供電電壓的大小，折中選取一個符合要求的限流電阻。

MOS管或MCU輸入保護

這種用法就比較常見了，MOS管的柵極－源極之間為了防止過壓而并聯(lián)一個穩(wěn)壓管，如下圖所示；在單板正常工作時這個穩(wěn)壓管是處在反向截止狀態(tài)下的，只有出現異常浪涌電壓時，穩(wěn)壓管才會被擊穿，將柵極－源極之間電壓鉗位住。

還有就是主控板上單片機的AD口或IO口處，會放置一個穩(wěn)壓管作保護。

因為這些場景下的保護，不需要穩(wěn)壓管擊穿后的電壓多么穩(wěn)定，只要不超過被保護器件的極限電壓即可，所以穩(wěn)壓管前面的限流電阻在選取時，大小其實大家都沒怎么仔細關注，有點憑感覺的哈。

AFE的輸入防護電路

這個用法也是很常見的，例如ADI早期的LTC68XX系列的AFE，基本都會建議在采樣通道上面并聯(lián)一個穩(wěn)壓管，來實現熱插拔的防護；這里的穩(wěn)壓管不僅實現了電壓鉗位，而且也有分流功能，讓一部分本來需要從AFE內部流過的電流，而從穩(wěn)壓管流過，降低了內部燒毀的風險。

目前很多廠家的AFE都不需要增加這個穩(wěn)壓管了，而且我們從成本出發(fā)也是不想加，不過這個穩(wěn)壓管的防護作用是真實存在的；我之前體會過它的重要性，在某個應用下，沒有這個穩(wěn)壓管的話，AFE就很容易熱插拔燒毀，你會聽到細小斷裂的聲音，然后就冒煙了。

審核編輯：符乾江